【化学】“电化学”知识点总结
一、原电池：
（一）概念：化学能转化为电能的装置叫做原电池。
（二）组成条件：
1.两个活泼性不同的电极
2.电解质溶液
3.电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路
（三）电子流向：
外电路：负极——导线——正极
内电路：盐桥中阴离子移向负极的电解质溶液，盐桥中阳离子移向正极的电解质溶液。
（四）电极反应：
以锌铜原电池为例：
负极：氧化反应：Zn－2e＝Zn2＋（较活泼金属）
正极：还原反应：2H＋＋2e＝H2↑（较不活泼金属）
总反应式：Zn+2H+=Zn2++H2↑
（五）正、负极的判断：
1.从电极材料：一般较活泼金属为负极；或金属为负极，非金属为正极。
2.从电子的流动方向：负极流入正极
3.从电流方向：正极流入负极
4.根据电解质溶液内离子的移动方向：阳离子流向正极，阴离子流向负极
5.根据实验现象：
（1）溶解的一极为负极
（2）增重或有气泡一极为正极
二、化学电池
（一）电池的分类：化学电池、太阳能电池、原子能电池
（二）化学电池：借助于化学能直接转变为电能的装置
（三）化学电池的分类：一次电池、二次电池、燃料电池
1.一次电池
常见一次电池：碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等
2.二次电池
（1）二次电池：放电后可以再充电使活性物质获得再生，可以多次重复使用，又叫充电电池或蓄电池。
（2）电极反应：铅蓄电池
负极（铅）：Pb－2e- ＝PbSO4↓
正极（氧化铅）：PbO2＋4H+＋2e- ＝PbSO4↓＋2H2O
阴极：PbSO4＋2H2O－2e- ＝PbO2＋4H+
阳极：PbSO4＋2e- ＝Pb
两式可以写成一个可逆反应：PbO2＋Pb＋2H2SO4 ? 2PbSO4↓＋2H2O
（3）目前已开发出新型蓄电池：银锌电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池
3.燃料电池
（1）燃料电池：是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池
（2）电极反应：一般燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相同，可根据燃烧反应写出总的电池反应，但不注明反应的条件。负极发生氧化反应，正极发生还原反应，不过要注意一般电解质溶液要参与电极反应。以氢氧燃料电池为例，铂为正、负极，介质分为酸性、碱性和中性。
①当电解质溶液呈酸性时：
负极：2H2－4e- =4H+
正极：O2＋4e- +4H+=2H2O
②当电解质溶液呈碱性时：
负极：2H2＋4OH-－4e-＝4H2O
正极：O2＋2H2O＋4 e- ＝4OH-
另一种燃料电池是用金属铂片插入KOH溶液作电极，又在两极上分别通甲烷(燃料)和氧气(氧化剂)。电极反应式为：
负极：CH4＋10OH－－8e-＝CO32-＋7H2O；
正极：4H2O＋2O2＋8e- ＝8OH-。
电池总反应式为：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O
（3）燃料电池的优点：能量转换率高、废弃物少、运行噪音低
4.废弃电池的处理：回收利用
三、电解池
（一）电解原理
1.电解池：把电能转化为化学能的装置，也叫电解槽。
2.电解：电流(外加直流电)通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应(被动的不是自发的)的过程。
3.放电：当离子到达电极时，失去或获得电子，发生氧化还原反应的过程。
4.电子流向：（电源）负极—（电解池）阴极—（离子定向运动）电解质溶液—（电解池）阳极—（电源）正极。
5.电极名称及反应：
阳极：与直流电源的正极相连的电极，发生氧化反应
阴极：与直流电源的负极相连的电极，发生还原反应
6.电解CuCl2溶液的电极反应：
阳极：2Cl--2e-=Cl2 (氧化)
阴极：Cu2++2e-=Cu(还原)
总反应式：CuCl2=Cu+Cl2 ↑
7.电解本质：电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程
☆规律总结：电解反应离子方程式书写：
放电顺序：
阳离子放电顺序：Ag+&Hg2+&Fe3+&Cu2+&H+（指酸电离的）&Pb2+&Sn2+&Fe2+&Zn2+& Al3+& Mg2+&Na+&Ca2+&K+
阴离子的放电顺序：
是惰性电极时：S2-&I-&Br-&Cl-&OH-&NO3-&SO42-(等含氧酸根离子)&F-
是活性电极时：电极本身溶解放电
*注先要看电极材料，是惰性电极还是活性电极，若阳极材料为活性电极（Fe、Cu)等金属，则阳极反应为电极材料失去电子，变成离子进入溶液；若为惰性材料，则根据阴阳离子的放电顺序，依据阳氧阴还的规律来书写电极反应式。
电解质水溶液电解产物的规律：
电极反应特点
电解质浓度
分解电解质型
电解质电离出的阴阳离子分别在两极放电
放H2生成碱型
阴极：水放H2生碱阳极：电解质阴离子放电
电解质和水
生成新电解质
放氧生酸型
阴极：电解质阳离子放电阳极：水放O2生酸
电解质和水
生成新电解质
阴极：4H++4e- == 2H2↑阳极：4OH—-4e- == O2↑+ 2H2O
上述四种类型电解质分类：
（1）电解水型：含氧酸，强碱，活泼金属含氧酸盐
（2）电解电解质型：无氧酸，不活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）
（3）放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐
（4）放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐
（二）电解原理的应用
1.电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气
（1）电镀应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法
（2）电极、电解质溶液的选择：
阳极：镀层金属，失去电子，成为离子进入溶液 M—ne -== M n+
阴极：待镀金属（镀件）：溶液中的金属离子得到电子，成为金属原子，附着在金属表面 M n++ ne - == M
电解质溶液：含有镀层金属离子的溶液做电镀液镀铜反应原理
阳极(纯铜)：Cu-2e-=Cu2+
阴极(镀件)：Cu2++2e-=Cu，
电解液：可溶性铜盐溶液，如CuSO4溶液
2.电镀应用之一：铜的精炼
阳极：粗铜；
阴极：纯铜
电解质溶液：硫酸铜
（1）电冶金：使矿石中的金属阳离子获得电子，从它们的化合物中还原出来用于冶炼活泼金属，如钠、镁、钙、铝
（2）电解氯化钠：
通电前，氯化钠高温下熔融：NaCl == Na + + Cl-
通直流电后：
阳极：2Na+ + 2e- == 2Na
阴极：2Cl-—2e- == Cl2↑
☆规律总结：原电池、电解池、电镀池的判断规律
（1）若无外接电源，又具备组成原电池的三个条件。
①有活泼性不同的两个电极；
②两极用导线互相连接成直接插入连通的电解质溶液里；
③较活泼金属与电解质溶液能发生氧化还原反应（有时是与水电离产生的H+作用），只要同时具备这三个条件即为原电池。
（2）若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池；当阴极为金属，阳极亦为金属且与电解质溶液中的金属离子属同种元素时，则为电镀池。
（3）若多个单池相互串联，又有外接电源时，则与电源相连接的装置为电解池成电镀池。若无外接电源时，先选较活泼金属电极为原电池的负极（电子输出极），有关装置为原电池，其余为电镀池或电解池。
☆原电池，电解池，电镀池的比较
定义（装置特点）
将化学能转变成电能的装置
将电能转变成化学能的装置
应用电解原理在某些金属表面镀上一侧层其他金属
非自发反应
非自发反应
无电源，两级材料不同
有电源，两级材料可同可不同
活动性不同的两极电解质溶液形成闭合回路
两电极连接直流电源两电极插入电解质溶液形成闭合回路
1.镀层金属接电源正极，待镀金属接负极；2.电镀液必须含有镀层金属的离子
负极：较活泼金属正极：较不活泼金属（能导电非金属）
阳极：与电源正极相连阴极：与电源负极相连
名称同电解，但有限制条件阳极：必须是镀层金属阴极：镀件
负极：氧化反应，金属失去电子正极：还原反应，溶液中的阳离子的电子或者氧气得电子（吸氧腐蚀）
阳极：氧化反应，溶液中的阴离子失去电子，或电极金属失电子阴极：还原反应，溶液中的阳离子得到电子
阳极：金属电极失去电子阴极：电镀液中阳离子得到电子
负极→正极
电源负极→阴极电源正极→阳极
溶液中带电粒子的移动
阳离子向正极移动阴离子向负极移动
阳离子向阴极移动阴离子向阳极移动
在两极上都发生氧化反应和还原反应
四、金属的电化学腐蚀和防护
（一）金属的电化学腐蚀
1.金属腐蚀内容
2.金属腐蚀的本质：都是金属原子失去电子而被氧化的过程
3.电化学腐蚀和化学腐蚀的区别
不纯金属或合金与电解质溶液接触
金属与非电解质直接接触
有微弱的电流产生
无电流产生
较活泼的金属被氧化的过程
金属被氧化的过程
化学腐蚀与电化腐蚀往往同时发生，但电化腐蚀更加普遍，危害更严重
4.电化学腐蚀的分类：
析氢腐蚀——腐蚀过程中不断有氢气放出
（1）条件：潮湿空气中形成的水膜,酸性较强（水膜中溶解有CO2、SO2、H2S等气体）
（2）电极反应：
负极: Fe –2e-= Fe2+
正极: 2H++ 2e- = H2 ↑
总式：Fe + 2H+= Fe2++ H2↑
吸氧腐蚀——反应过程吸收氧气
①条件：中性或弱酸性溶液
②电极反应：
负极: 2Fe –4e-= 2Fe2+
正极: O2+4e- +2H2O = 4OH-
总式：2Fe + O2+2H2O =2 Fe(OH)2
生成的Fe(OH)2被空气中的O2氧化，生成Fe(OH)3 ，Fe(OH)3脱去一部分水就生成Fe2O3·x H2O（铁锈主要成分）
规律总结：
1.金属腐蚀快慢的规律：在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：
电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀
2.防腐措施由好到坏的顺序如下：
外接电源的阴极保护法＞牺牲负极的正极保护法＞有一般防腐条件的腐蚀＞无防腐条件的腐蚀
（二）金属的电化学防护
1.利用原电池原理进行金属的电化学防护
（1）牺牲阳极的阴极保护法
原理：原电池反应中，负极被腐蚀，正极不变化
应用：在被保护的钢铁设备上装上若干锌块，腐蚀锌块保护钢铁设备
负极：锌块被腐蚀；正极：钢铁设备被保护
（2）外加电流的阴极保护法
原理：通电，使钢铁设备上积累大量电子，使金属原电池反应产生的电流不能输送，从而防止金属被腐蚀
应用：把被保护的钢铁设备作为阴极，惰性电极作为辅助阳极，均存在于电解质溶液中，接上外加直流电源。通电后电子大量在钢铁设备上积累，抑制了钢铁失去电子的反应。
2.改变金属结构：把金属制成防腐的合金
3.把金属与腐蚀性试剂隔开：电镀、油漆、涂油脂、表面钝化等
（3）金属腐蚀的分类：
化学腐蚀—金属和接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。
电化学腐蚀—不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应。比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。
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此图中阳极泥里为什么有银那&？&金属活动性顺序中，不是包括银以前的金属都比较活泼吗！
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第四章 电化学基础 第一节 原电池 1、概念： 化学能转化为电能的装置叫做原电池_______ 2、组成条件：①两个活泼性不同的电极② 电解质溶液③ 电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路 3、电子流向：外电路： 负 极&&导线&& 正 极 内电路：盐桥中 阴 离子移向负极的电解质溶液，盐桥中 阳 离子移向正极的电解质溶液。&br/&&br/& 2、电极反应：铅蓄电池 放电： 负极（铅）：Pb＋ －2e? ＝PbSO4& 正极（氧化铅）：PbO2＋4H+＋ ＋2e? ＝PbSO4&＋2H2O 充电： 阴极：PbSO4＋2H2O－2e? ＝PbO2＋4H+＋ 阳极：PbSO4＋2e? ＝Pb＋ 两式可以写成一个可逆反应：PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4&＋2H2O 3、目前已开发出新型蓄电池：银锌电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池 三、燃料电池 1、燃料电池： 是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池 2、电极反应：一般燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相同，可根据燃烧反应写出总的电池反应，但不注明反应的条件。通电后电子大量在钢铁设备上积累，抑制了钢铁失去电子的反应。&br/&&br/& 2、改变金属结构：把金属制成防腐的合金 3、把金属与腐蚀性试剂隔开：电镀、油漆、涂油脂、表面钝化等。
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常用的化学电池的种类，名称，形状，电极，电解质，电压是怎么样的？
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　　化学电池化学电池 将化学能直接转变为电能的装置。主要部分是电解质溶液、浸在溶液中的正、负电极和连接电极的导线。依据能否充 电复原，分为原电池和蓄电池两种
　　化学电池的种类
　　化学电池按工作性质可分为：一次电池（原电池）；二次电池（可充电电池）;铅酸蓄电池。其中：一次电池可分为：糊式锌锰电池、纸板锌锰电池、碱性锌锰电池、扣式锌银电池、扣式锂锰电池、扣式锌锰电池、锌空气电池、一次锂锰电池等。二次电池可分为：镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池、二次碱性锌锰电池等。铅酸蓄电池可分为：开口式铅酸蓄电池、全密闭铅酸蓄电池。
　　1.锌-锰干电池
　　锌-锰电池又称勒兰社（Leclanche）电池，是法国科学家勒兰社（Leclanche）于1868年发明的由锌（Zn）作负极，二氧化锰（MnO2）为正极，电解质溶液采用中性氯化铵（NH4Cl）、氧化锌（ZnCl2）的水溶液，面淀粉或浆层纸作隔离层制成的电池称锌锰电池，由于其电解质溶液通常制成凝胶状或被吸附在其它载体上而呈现不流动状态，故又称锌锰干电池。按使用隔离层区分为糊式和板式电池两种，板式又按电解质液不同分铵型和锌型电池纸板电池两种。
　　干电池用锌制筒形外壳作负极，位于中央的顶盖上有铜帽的石墨棒作正极，在石墨棒的周围由内向外依次是A：二氧化锰粉末（黑色）------用于吸收在正极上生成的氢气（以防止产生极化现象）；B：用饱和了氯化铵和氯化锌的淀粉糊作为电解质溶液。
　　电极反应式为：负极（锌筒）：Zn - 2e === Zn2+
　　正极（石墨）：2NH4+ + 2e === 2NH3 &+ H2&
　　H2 + 2MnO2 === Mn2O3 + H2O
　　总反应：Zn + 2NH4+ + 2MnO2 === Zn2+ + 2NH3 + Mn2O3 + H2O
　　干电池的电压大约为1.5V，不能充电再生。
　　2.碱性锌锰电池
　　20世纪中期在锌锰电池基础上发展起来的，是锌锰电池的改进型。电池使用氢氧化钾（KOH）或氢氧化钠（NaOH）的水溶液做电解质液，采用了与锌锰电池相反的负极结构，负极在内为膏状胶体，用铜钉做集流体，正极在外，活性物质和导电材料压成环状与电池外壳连接，正、负极用专用隔膜隔开制成的电池。
　　3.铅酸蓄电池
　　1859年法国普兰特（Plante）发现，由正极板、负极板、电解液、隔板、容器（电池槽）等5个基本部分组成。用二氧化铅作正极活性物质，铅作负极活性物质，硫酸作电解液，微孔橡胶、烧结式聚氯乙烯、玻璃纤维、聚丙烯等作隔板制成的电池。
　　铅蓄电池可放电也可以充电，一般用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳（防止酸液的泄漏）；设有多层电极板，其中正极板上有一层棕褐色的二氧化铅，负极是海绵状的金属铅，正负电极之间用微孔橡胶或微孔塑料板隔开（以防止电极之间发生短路）；两极均浸入到硫酸溶液中。放电时为原电池，其电极反应为:
　　负极：Pb + SO42－－ 2e === PbSO4
　　正极：PbO2 + 4H+ + SO42－ + 2e === PbSO4 + 2H2O
　　总反应式为：Pb + PbO2 + 2H2SO4 ====== 2PbSO4 + 2H2O
　　当放电进行时，硫酸溶液的的浓度将不断降低，当溶液的密度降到1.18g/ml 时应停止使用进行充电，充电时为电解池，其电极反应如下：
　　阳极：PbSO4 + 2H2O－ 2e === PbO2 + 4H+ + SO42－
　　阴极：PbSO4 + 2e === Pb + SO42－
　　总反应式为：2PbSO4 + 2H2O ====== Pb + PbO2 + 2H2SO4
　　当溶液的密度升到1.28g/ml时，应停止充电。
　　上述过程的总反应式为：
　　Pb + PbO2 + 2H2SO4 ====== 2PbSO4 + 2H2O
　　4.银锌电池
　　一般用不锈钢制成小圆盒形，圆盒由正极壳和负极壳组成，形似纽扣（俗称纽扣电池）。盒内正极壳一端填充由氧化银和石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金组成的负极活性材料，电解质溶液为KOH浓溶液。电极反应式如下：
　　负极：Zn + 2OH－ －2e=== ZnO + H2O
　　正极：Ag2O + H2O + 2e === 2Ag + 2OH－
　　电池的总反应式为：Ag2O + Zn ====== 2Ag + ZnO
　　电池的电压一般为1.59V，使用寿命较长。
　　5.镉镍电池和金属氢化物电池
　　二者均采用氧化镍或氢氧化镍作正极，以氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液作电解质溶液，金属镉或金属氢化物作负极。金属氢化物电池为20世纪80年代末，利用吸氢合金和释放氢反应的电化学可逆性发明制成，是小型二次电池主导产品。
　　6.锂电池
　　指以金属锂或锂的化合物作活性物质的电池通称锂电池，分为一次锂电池和二次锂电池。
　　7.锂离子电池
　　指能使锂离子嵌入和脱嵌的碳材料代替纯锂作负极，锂的化合物作正极，混合电解液作电解质液制成的电池。
　　8.氢氧燃料电池
　　这是一种高效、低污染的新型电池，主要用于航天领域。其电极材料一般为活化电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性碳电极等。电解质溶液一般为40%的KOH溶液。电极反应式如下：
　　负极：2H2 + 4OH－ －4e=== 4H2O
　　正极：O2 + 2H2O + 4e=== 4OH－
　　总反应式：2H2 + O2 === 2H2O
　　9.熔融盐燃料电池
　　这是一种具有极高发电效率的大功率化学电池，在加拿大等少数发达国家己接近民用工业化水平。按其所用燃料或熔融盐的不同，有多个不同的品种，如天然气、CO、---熔融碳酸盐型、熔融磷酸盐型等等，一般要在一定的高温下（确保盐处于熔化状态）才能工作。
　　下面以CO---Li2CO3 + Na2CO3---空气与CO2型电池为例加以说明：
　　负极反应式：2CO + 2CO32－－4e === 4CO2
　　正极反应式：O2 + 2CO2 + 4e=== 2CO32－
　　总反应式为：2CO + O2 === 2CO2
　　该电池的工作温度一般为6500C
　　10.海水电池
　　1991年，我国科学家首创以铝---空气---海水为材料组成的新型电池，用作航海标志灯。该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。其电极反应式如下：
　　负极：4Al - 12e === 4Al3+
　　正极：3O2 + 6H2O + 12e === 12OH－
　　总反应式为：4Al + 3O2 + 6H2O === 4Al(OH)3
　　这种电池的能量比普通干电池高20---50倍！
　　新型化学电池
　　（1碱性氢氧燃料电池
　　这种电池用30%-50%KOH为电解液，在100&C以下工作。燃料是氢气，氧化剂是氧气。其电池图示为 （-）C|H2|KOH|O2|C(+)
　　电池反应为 负极 2H2 + 4OH-4e=4H2O 正极 O2 + 2H2O + 4e=4OH
　　总反应 2H2 + O2=2H2O
　　碱性氢氧燃料电池早已于本世纪60年代就应用于美国载人宇宙飞船上，也曾用于叉车、牵引车等，但其作为民用产品的前景还评价不一。否定者认为电池所用的电解质KOH很容易与来自燃料气或空气中的CO2反应，生成导电性能较差的碳酸盐。另外，虽然燃料电池所需的贵金属催化剂载量较低，但实际寿命有限。肯定者则认为该燃料电池的材料较便宜，若使用天然气作燃料时，它比唯一已经商业化的磷酸型燃料电池的成本还要低。
　　（2） 磷酸型燃料电池
　　它采用磷酸为电解质，利用廉价的炭材料为骨架。它除以氢气为燃料外，现在还有可能直接利用甲醇、天然气、城市煤气等低廉燃料，与碱性氢氧燃料电池相比，最大的优点是它不需要CO2处理设备。磷酸型燃料电池已成为发展最快的，也是目前最成熟的燃料电池，它代表了燃料电池的主要发展方向。目前世界上最大容量的燃料电池发电厂是东京电能公司经营的11MW美日合作磷酸型燃料电池发电厂，该发电厂自1991年建成以来运行良好。近年来投入运行的100多个燃料电池发电系统中，90%是磷酸型的。市场上供应的磷酸型发电系统类型主要有日本富士电机公司的50KW或100KW和美国国际燃料电池公司提供的200KW。
　　富士电机已提供了70多座电站，现场寿命超过10万小时。
　　磷酸型燃料电池目前有待解决的问题是：如何防止催化剂结块而导致表面积收缩和催化剂活性的降低，以及如何进一步降低设备费用。
　　化学电源的重大意义：
　　化学能转换为电能的原理的发现和各式各样电池装置的发明，是贮能和供能技术的巨大进步，是化学对人类的一项重大贡献，极大地推进了现代化的进程，改变了人们的生活方式，提高了人们的生活质量
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